JP3731076B2 - 往復圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、シリンダ内を上下動するピストンの往復動により気体を吸入圧縮する往復圧縮機に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、往復圧縮機は図７に示すような構成を有している。同図において、シリンダヘッド２１には吸込孔２１ｃが開設され、この吸込孔２１ｃを通って吸い込まれてきた気体は、弁セット２３に設けられた吸込弁孔２３ａを通ってシリンダ２６内に吸入されるように構成されている。
また、弁セットの下面に設けられた吸込弁２５は、ピストン２７が上昇するとシリンダ２６内の気体の圧力が上昇するために吸込弁孔２３ａを閉鎖し、弁セット２３に設けられた吐出弁孔２３ｂより吐出弁２４を押上げてシリンダヘッド２１に設けられた吐出通路２１ｂに吐出されるように構成されている。
まず、ピストン２７がシリンダ２６内を下死点に向かって進み、シリンダ２６内の圧力が大気圧よりも低下すると吸込弁２５は吸込弁孔２３ａを開き、気体はシリンダ２６内に導入される。
次に、ピストン２７がシリンダ２６内を下死点から上死点に向かって切り替わると、吸込弁２５は吸込弁孔２３ａを閉鎖する。
このときは、吐出弁２４も閉鎖されているので、シリンダ２６内に吸い込まれた大気圧状態の空気は、シリンダ２６内で密閉状態となる。この密閉状態からピストン２７がシリンダ２６内を上死点に向かって上昇すると、シリンダ２６内の空気の容積が縮小され圧縮が続き、シリンダ２６内圧力が上昇する。
さらに、シリンダ２６内の圧力が上昇し、吐出弁２４自身の吐出弁孔２３ｂへの押し付け力と吐出弁上面へシリンダヘッド吐出室より加わる空気の圧力との合計の力に比べて、シリンダ室内で圧縮される空気の圧力が高まると、シリンダ２６内で圧縮された空気は、吐出弁２４を押上げて吐出通路２１ｂに吐出される。
【０００３】
さて、往復圧縮機は上述の動作を行うものであるが、吸込弁２５は平板の面が平滑であり弁セット２３の下面とに油を介して密着して離れにくくなり、シリンダ２６内の圧力がその密着力に勝るほど負圧になってはじめて吸込弁孔２３ａを開く場合があり、圧縮効率が低下するという問題があった。
また、油の介在で吸込弁の密着が高まり、ピストン下降時にシリンダ内が異常に負圧となり、吸込弁がいっきに開く現象が起き、吸込弁を損傷させる事があった。
この吸込弁２５の開動作追従性低下を防止するためには、吸込弁２５と弁セット２３間に隙間を設け、静止状態においては吸込弁２５は若干の隙間を有して静止し、密着を防止することが有効である。
これらの先行技術として実開昭５０ー１１５８０７号公報（先行例イ）、特開昭５２ー１４７３０２号公報（先行例ロ）、実開昭５６ー４７９６４号公報（先行例ハ）等が知られている。
先行例イは、吸込弁と弁座板間に板バネを設け吸込弁を予めピストン側に変形させることにより、吸込弁と弁座間に隙間をつくるものであった。
また、先行例ロは、吸込弁に突起を設け、その突起により吸込弁と弁座間に隙間をつくるものであった。
また、先行例ハは、吸込弁と弁座間にバネ手段を介在させ静止状態で該バネ手段により吸込弁と弁座間に隙間をつくるものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述する従来技術によると、吸込弁と弁座間に隙間を有するため、ピストン２７が圧縮行程に移ると、即座に吸込弁２５は吸込弁孔２３ａの閉鎖を行わずに、まずは、ピストン２７によるシリンダ２６内の圧力が吸込弁２３ａの抗圧力に抗して弁セット２３の下面に密着するまで、吸込弁孔２３ａからシリンダ２６内の空気が逆流して、往復圧縮機の圧縮効率を低下させるものであった。
特に、ピストン径の大きな圧縮機を用いる吸込弁は弁板の質量と大容量の吸込量のため吸込弁の開成時に吸込弁の慣性力で必要以上に吸込弁が開き、圧縮行程に移る際に吸込弁の戻りに時間的ロスが生じ、弁の閉じ遅れ現象が発生し圧縮性能の低下が起こるものであった。
上述の事情に鑑み、本発明の目的は、吸込弁の閉動作追従性低下を防止する往復圧縮機を提供することである。
また、本発明の他の目的は、吸込弁の閉じ遅れとともに油による吸込弁の開き遅れによるシリンダ内の異常負圧防止する往復圧縮機を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明は、シリンダヘッドとシリンダ間に、シリンダ側下面に吸込弁を、シリンダヘッド側上面に吐出弁を配設した弁セットを介装した往復圧縮機において、
前記吸込弁の弁セット固定部の反対側の先端側を下向きに曲げて、該曲げ部をシリンダ上面に設けた段部に挿入して、該曲げ部をシリンダ上面に設けた段部に挿入し且つ前記曲げ部高さを前記段部深さより大きく形成して該曲げ部先端を前記段部底面に且つ該曲げ部の頂部を前記弁セット下面に当接させて、前記シリンダ内空間と対面する部位が、静止状態において、シリンダ内部に向かって湾曲させるとともに吸込時にその吸込気体により静止状態より大きく湾曲するように構成したことを特徴とする。
また、本発明の第２発明は、シリンダヘッドとシリンダ間に、シリンダ側下面に吸込弁を、シリンダヘッド側上面に吐出弁を配設した弁セットを介装した往復圧縮機において、
前記吸込弁下面側に吸込補助弁を設け、該吸込補助弁がその基端側を吸込弁とともに、弁セットに固定するとともに、前記吸込補助弁先端側を下向きに曲げて、該曲げ部をシリンダ上面に設けた段部に挿入し且つ前記曲げ部高さを前記段部深さより大きく形成して該曲げ部先端を前記段部底面に且つ該曲げ部の頂部を前記吸込弁下面に当接させて、前記シリンダ内空間と対面する部位が、静止状態において、シリンダ内部に向かって湾曲させるとともに吸込時にその吸込気体により静止状態より大きく湾曲するように構成し、吸込時に蓄積される前記圧縮行程における前記静止状態への前記吸込補助弁の復帰応力を高め、前記吸込弁の閉じ遅れを防止することを特徴とする。
【０００６】
【作用】
かかる構成によれば、本発明は以下に記載の作用を有する。
本発明は、吸込時に吸込気体により静止状態より大きく湾曲し、圧縮行程において静止状態に復帰するように設け、前記静止状態において前記吸込弁を湾曲させることにより吸込時に蓄積される前記圧縮行程における前記静止状態への吸込弁の復帰応力を高めて構成しているので、シリンダ内の圧力上昇と前記復帰応力とが合わさって前記吸込弁の閉じ遅れを防止することができるものである。
また、前記曲げ部をシリンダ上面に設けた段部に挿入して、該曲げ部先端を前記段部底面に且つ該曲げ部の頂部を前記弁セット下面（第２発明は吸込補助弁を吸込弁下面）に当接させて構成したために、前記吸込弁と弁セット下面間に隙間が生じるために密着状態とならず、前記吸込弁の開動作追従性低下を防止するとともに、上述のように吸込弁の閉じ遅れを防止できるものである。
また、第２発明において前記静止状態において前記吸込補助弁を湾曲させることにより吸込時に蓄積される前記圧縮行程における前記静止状態への前記吸込補助弁の復帰応力を高め、前記吸込弁の閉じ遅れを防止するように構成しているので、シリンダ内の圧力上昇と前記復帰応力とが合わさって前記吸込弁の閉じ遅れを防止することができるものである。
また、湾曲した吸込補助弁と弁セットとの間に吸込弁を設けているので、弁セット下面側に突起を設ける等により密着防止手段を有した吸込弁を適用することが容易であり、その場合は上述のように吸込弁の開動作追従性低下を防止するとともに、吸込弁の閉じ遅れを防止できるものである。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【０００８】
図１は、本発明に係る往復圧縮機の吸込弁機構を示す説明図、図２は、弁セットの上面及び下面を示す図、図３は、弁セットのＡ−Ａ断面図、図４は、本発明に係る吸込弁を示す図、図５は、本発明に係る往復圧縮機の全体構造を示す図、図６は、他の実施例図、図７は、往復圧縮機の従来例図である。
【０００９】
図１に、本発明の往復圧縮機の吸込弁機構を示す。同図において、弁セット３には吸込弁孔３ａ、吐出弁孔３ｂが開設され、その上面には吐出弁孔３ｂを開閉する吐出弁４（図２（Ａ）参）が設けられ、下面には吸込弁５（図２（Ｂ）参）が設けられている。
吸込弁５の先端部５ａの先端は、弁セット３との接合面から寸法Ｒ下がったところに設けられている段部６ａに当接し、該先端部の曲げ頂部は弁セット３の下面に当接し、吸込弁３はシリンダ６下方に向って湾曲し、弁セット下面とはほぼ０．５ｍｍ程度の隙間が生じている。
弁セット３の上には、フィルタ部（図５）からの気体を吸込む吸込通路１ａ、吐出弁孔３ｂからの気体を吐出する吐出通路１ｂを有したシリンダヘット１が設けられている。
【００１０】
図３は、図２のＡーＡ断面図である。同図において、弁セット３には吐出弁孔３ｂ、３ｂが設けられ、弁セット３の上面には吐出弁押え１７によって吐出弁孔３ｂ，３ｂを開閉する吐出弁４が設けられている。
この吐出弁４はシリンダ内の気体の圧力が吐出弁４を曲げるほど高まると、この吐出弁４を４ａ、４ｂのごとく押上げ、吐出通路１ｂに圧縮気体を放出するものである。
【００１１】
図４は、吸込弁を示す図である。同図において、吸込弁５は、長手方向に寸法Ｓ４と横幅Ｓ３を有する先端部５ａの長手方向のほぼ中間付近の寸法Ｓ２の位置に寸法Ｓ１の深さで折り曲げられ、該先端部５ａは中間部５ｂに連結している。
中間部５ｂは、弁セット３に設けられた吸込孔３ａを開閉するためのものであり、吸込孔３ａの数により仮想線部分５´のように外形が変形するものである。
空所５ｅは、シリンダ内に組み込んだとき、吸込通路１ａの気体をシリンダ６内に導くとともに、連結部５ｃに所定の湾曲を形成するためのものである。
連結部５ｃに連結して固定部５ｄが設けられ、長手方向の寸法Ｓ６は、シリンダの内径が７５、９０、１０５、１２５（単位ｍｍ）と変わるにつれて吸込孔３ａの数が変わり、それによって異なるものである。
【００１２】
なお、寸法Ｓ１は図１のシリンダ６の段部Ｒより大きく形成されている。
また、この吸込弁はスウェーデン鋼で成形され、望ましい寸法は、単位を「ｍｍ」とし、板厚ｔ＝０．３０５、Ｒ＝２．５、Ｓ１＝３、Ｓ２＝１６、Ｓ３＝２４、Ｓ４＝２８であり、これらの先端部の寸法は吸込孔の数の大小によって不変のものである。
というのも、吸込弁が弁セットに固定されシリンダ内に組み込まれた状態においては、シリンダ内に向かって湾曲するが、湾曲の度合は吸込孔を開閉する横幅の広い中間部ではなく、その中間部と連結する部分付近の先端部と前記連結部で決定される。
そして、中間部がさほど湾曲しなくても中間部と弁セットとの間には隙間がほぼ０．５ｍｍ程度生じることになる。
また、前記連結部がさほど湾曲しなくても前記先端部が湾曲しただけでも中間部と弁セットの間には隙間が生じる。
したがって、吸込孔の数によって吸込弁の外形寸法が変わったとしても、先端部の寸法を同一で製作できるものである。
【００１３】
図５は、本発明に係る往復圧縮機の全体構造を示す図である。同図において、シリンダヘッド１の吸込通路１ａはフィルタ２が接続されていて、フィルタで濾過された気体は該フィルタ２から吸込通路１ａに供給される。
シリンダヘッド１の下には弁セット３が設けられ、気体は弁セット３に設けられた吸込弁孔３ａを通ってシリンダ６内に供給される。弁セット３の下面には、吸込弁５がシリンダ６内に向かって湾曲して設けられている。
【００１４】
シリンダ６内には、ピストンリング８を有するピストン７が上下動可能に設けられている。
ピストンリング８には、ピストンピン９が設けられ、該ピストンピン９には連接棒１０の一端が回動可能に嵌合されている。
連接棒１０の他端は、クランク室１５内に設けられたクランク軸１２に嵌合している。
クランク軸１２の左方には、フライホイール軸１９がクランク軸１２とは偏芯して軸受１１により回転可能に設けられている。
フライホイール軸１９には、フライホイール１３が設けられ、該フライホイール１３は図示しないモータとベルトにより、回転可能に構成されている。
クランク軸１２の右方には、ファン軸２０がクランク軸１２とは偏芯して軸受２１により回転可能に設けられている。
ファン軸２０には、ファン１４が回転可能に設けられている。
このように構成されているので、フライホイール１３が回転すると、連接棒１０が上下動して、ピストン７を上下動し、シリンダ６内に、気体を吸入排気動作を行うとともにファン１４によってシリンダ６を空冷するものである。
【００１５】
次に、このように構成された本発明の実施例の動作を説明する。
いま、ピストン７が上死点にあるときは、図１における吸込弁孔３ａは吸込弁５により閉鎖され、吐出弁４は図３に示すように、吐出弁孔３ｂにおける圧縮気体により押し上げられ４ａ，４ｂの状態にある。
ピストン７が上死点より下降すると、シリンダ６内は負圧となり、吸込弁５は静止状態において図１に示す実線のごとき状態に位置するように復帰習性を有しているため、ピストン７の下降に追従して速やかに吸込弁孔３ａを開口し追従性低下を防止するものである。
【００１６】
このため、気体は吸込弁孔３ａを通ってシリンダ６内に供給される。吸込弁５は、さらに吸込気体に押されて仮想線５´に示されるように湾曲する。このとき、吸込弁５の先端部は、折曲げられた部分が伸ばされるようにたわみ、実線位置への復帰応力を蓄積する。
ピストン７が下死点に近づくにつれて気体の吸入が弱くなり、吸込弁５´は実線の吸込弁５の位置に近づくが、ピストン７の動きが反転して上昇を始めると、吸込弁５の先端部の折り曲げ頂部が弁セット３の下面に当接して停止するが、湾曲した中間部は慣性により吸込弁孔３ａに向かって進むとともに、ピストン７による気体の圧縮により吸込弁５は吸込弁孔３ａを閉鎖する。
この吸込弁５の閉鎖動作は、ピストンの気体の圧縮のみによって行われるのではなく、気体吸込行程において蓄積された先端部の復帰応力が加算されるため、ピストンによる上昇に対する吸込弁の追従性低下を防止し、速やかな閉動作がなされるものである。
【００１７】
以上、詳述したように、本発明の実施例は、吸込弁の先端部を折曲げて、その吸込弁の先端をシリンダの一端に係止するとともに折曲げ頂部を弁セット下面に当接させて構成しているので、吸込弁孔を閉鎖した状態においても吸込弁の復帰習性により初期位置に復帰し、静止状態において、前記吸込弁と弁セット下面間に隙間が生じるために密着状態とならず、ピストンの降下に応動する前記吸込弁の開動作追従性低下を防止するとともに、上述のように、吸込行程において蓄積された先端部の復帰応力が加算されるために、吸込弁の閉じ遅れを防止できるものである。
【００１８】
図６は、本発明の他の実施例図である。第１実施例と同一部材は同一符号を用いている。同図において、弁セット３の下面には吸込弁２２が設けられている。この吸込弁２２は、図４に示された吸込弁５の先端部５ａを曲げずに、かつやや短くした以外は吸込弁５と同じ形状を有するものである。
吸込弁２２の下には、吸込弁５と同じ形状を有した吸込補助弁１８が設けられている。
また、シリンダ６の段部の寸法Ｒは第１実施例と同じである。
【００１９】
第２実施例は、このように構成されているので、吸込弁の閉じ動作は第１実施例と同じように、吸込行程において蓄積された先端部の復帰応力が加算されるために、吸込弁の閉じ遅れを防止できるものである。
また、吸込弁２２に突起等を設け弁セット下面との密着防止手段を施しておけば、吸込補助弁の中間部と吸込弁が密閉した状態においても吸込補助弁の復帰習性により初期位置に復帰し、静止状態において、前記吸込補助弁と吸込弁間に隙間が生じるために、弁セットと吸込弁間および吸込弁と吸込補助弁間が密着状態とならず、ピストンの降下に応動する前記吸込弁の開動作追従性低下を防止することができるものである。
【００２０】
【効果】
以上説明したように、本発明は、吸込弁を静止状態において、先端をシリンダの一端に係止されることによりシリンダ内部に向かって湾曲させるとともに吸込時に吸込気体により静止状態より大きく湾曲し、圧縮行程において静止状態に復帰するように設け、前記静止状態において前記吸込弁を湾曲させることにより吸込時に蓄積される前記圧縮行程における前記静止状態への吸込弁の復帰応力を高めて構成しているので、シリンダ内の圧力上昇と前記復帰応力とが合わさって前記吸込弁の閉じ遅れを防止することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る往復圧縮機の吸込機構を示す説明図である。
【図２】 弁セットの上面及び下面を示す図である。
【図３】 弁セットＡ−Ａ断面図である。
【図４】 吸込弁を示す図である。
【図５】 本発明に係る往復圧縮機の全体構造を示す図である。
【図６】 本発明に係る他の実施例図である。
【図７】 往復圧縮機の従来例図である。
【符号の説明】
１ シリンダヘッド
３ 弁セット
４ 吐出弁
５ 吸込弁
６ シリンダ
１８ 吸込補助弁
２２ 吸込弁

Claims (3)

1. シリンダヘッドとシリンダ間に、シリンダ側下面に吸込弁を、シリンダヘッド側上面に吐出弁を配設した弁セットを介装した往復圧縮機において、
   前記吸込弁の弁セット固定部の反対側の先端側を下向きに曲げて、該曲げ部をシリンダ上面に設けた段部に挿入し且つ前記曲げ部高さを前記段部深さより大きく形成して該曲げ部先端を前記段部底面に且つ該曲げ部の頂部を前記弁セット下面に当接させて、
   前記シリンダ内空間と対面する部位が、静止状態において、シリンダ内部に向かって湾曲させるとともに吸込時にその吸込気体により静止状態より大きく湾曲するように構成したことを特徴とする往復圧縮機。
2. シリンダヘッドとシリンダ間に、シリンダ側下面に吸込弁を、シリンダヘッド側上面に吐出弁を配設した弁セットを介装した往復圧縮機において、
   前記吸込弁下面側に吸込補助弁を設け、該吸込補助弁がその基端側を吸込弁とともに、弁セットに固定するとともに、前記吸込補助弁先端側を下向きに曲げて、該曲げ部をシリンダ上面に設けた段部に挿入し且つ前記曲げ部高さを前記段部深さより大きく形成して該曲げ部先端を前記段部底面に且つ該曲げ部の頂部を前記吸込弁下面に当接させて、前記シリンダ内空間と対面する部位が、静止状態において、シリンダ内部に向かって湾曲させるとともに吸込時にその吸込気体により静止状態より大きく湾曲するように構成し、吸込時に蓄積される前記圧縮行程における前記静止状態への前記吸込補助弁の復帰応力を高め、前記吸込弁の閉じ遅れを防止することを特徴とする往復圧縮機。
3. 前記吸込弁が弁セット下面側に密着防止手段を有した吸込弁であることを特徴とする請求項２記載の往復圧縮機。

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